一种仓储小车调度系统的制作方法

1.本发明涉及物流仓储技术领域，尤其涉及一种仓储小车调度系统。


背景技术：

2.目前，随着智能物流技术的不断发展，仓储自动物流系统中引入了大量智能物流车，智能物流车能够实现自动导引运输功能，在很大程度上缓解了人工搬运货物耗费人体物力的问题。
3.但是，现有的智能物流车一般采用默认出厂的调度方式由于设计调度方式时，未考虑应用场合、运输物料等实际需求，例如，医疗器械或耗材的仓储物流，需要进行冷库、特殊货架等方式，且时效要求高；智能物流车在应用过程中存在故障率高、配送作业线路长和等待时间久等配送综合效率低和时间效率不高的问题，难以满足现代物流系统对可靠性高、免维护性好、能效比高的物流设施需求。因此，如何提供一种兼顾场合和运输效率的仓储智能物流车的调度系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种仓储小车调度系统。
5.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
6.一种仓储小车调度系统，所述仓储小车调度系统包括调度中心和与调度中心通信并可被调度中心调度的多个仓储小车，应用于具有预设范围的仓储中心，所述调度中心包括：
7.数据库单元，配置为进行任务下达及反馈；
8.任务分配单元，配置为与仓储小车进行实时通信，选取仓储小车，并按照规定下达任务指令，使仓储小车按照一定的路线完成运输功能；
9.路径规划单元，配置为根据选中仓储小车所在的位置，以及目标站点位置，对仓储小车进行前进路线优化，并指导仓储小车按照规划的路线行驶；
10.交通管制单元，配置为根据任务目标的分解分析和设定，通过预先设计的运行逻辑对多台仓储进行统一调配；
11.通信单元，配置为连接调度中心与仓储小车的通信；
12.监控与操作单元，配置为用于对仓储小车运行状态及任务信息等进行监控，以图形化的界面显示其行进路线与位置信息；
13.日志单元，配置为负责仓储小车运行状态、异常报警、任务执行记录。
14.依照本发明的一个方面，所述数据库单元与仓储中心数据对接，同时与物流配送中心数据对接，所述数据库单元的任务信息来自物流配送中心，并向物流配送中心汇报任务执行结果。
15.依照本发明的一个方面，所述任务分配单元配置为执行如下步骤：为待分配任务筛选所有可执行任务的仓储小车，并根据仓储小车运行状态及设定条件从中选出最优执行
任务的仓储小车编号；指定某台仓储小车执行某个或某类任务；将任务分解为多个小任务执行；远程暂停或取消任务。
16.依照本发明的一个方面，所述路径规划单元配置为执行如下步骤：从仓储小车任务列表获取任务运行起点与终点，根据地图搜索从起动到终点的任务路线，并发送给指定仓储小车；根据所有仓储小车的实时位置，根据任务运行时间最短优化最优路线；路线搜索可以指定通过某一个位置；将路线存储到仓储小车，根据任务发送对应路线编号给仓储小车。
17.依照本发明的一个方面，所述通信单元为无线通信模块，主要负责仓储小车与调度中心进行信息交互，调度中心与仓储小车构成了应用两端，调度中心通过无线通信模块向仓储小车发出任务指令，指挥仓储小车进行避让、行驶、停止、工作相关动作，同时调度中心也可以通过无线通信模块接收仓储小车发出的运行信息。
18.依照本发明的一个方面，所述监控与操作单元配置为执行如下步骤：实时显示仓储小车运行路线、方向位置及运行状态；仓储小车的速度、电量、报警、模式、参数信息监控。
19.依照本发明的一个方面，所述日志单元配置为执行如下步骤：从数据库单元导出仓储小车运行数据，通过算法对仓储小车系统的运行效率进行分析；从数据库单元导出仓储小车运行故障数据，对仓储小车问题进行定位解决。
20.依照本发明的一个方面，所述交通管制单元被配置为执行如下步骤：设定线路优先级，级别低避让级别高；设定先来后到规则，先进入监控点仓储小车先行，后进入监控点仓储小车等待；主动识别分析仓储小车运行任务及路径，分析重叠区域范围，如有重叠，提前监控重叠区域内所涉及的交叉线路和监控点，提前进入监控程序并且管理相关功能点，并实时对冲突线路进行监控标记。
21.依照本发明的一个方面，所述交通管制单元被配置为还可执行如下步骤：使仓储小车在避让等待处停止等待，仓储小车内部系统应按照一定频率连接调度系统查询线路动态，查询先行仓储小车的运行状态，判断是否可以通行。
22.依照本发明的一个方面，所述交通管制单元被配置为还可执行如下步骤：在特殊设定情况下执行最高等级运行模式，调度系统在交通管制中插入避让功能点，确保优先级最高的仓储小车顺利通行。
23.本发明实施的优点：该方法可以根据物流配送中心的任务，综合考虑智能物流车的电量信息及工作状态，生成最优调度方案，对智能物流车进行合理有效的调度，从而使智能物流车以更短的时间和更低的耗电量完成配送任务，有效提高了配送效率和时效；本系统可满足仓储物流中心大部分工况，可以有效融合各个仓储小车厂商现有车型。在仓库发生变化时，可自主优化程序，减少成本投入。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明所述的一种仓储小车调度系统示意图；
26.图2为本发明所述的数据库单元示意图；
27.图3为本发明所述的交通管制示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1、图2和图3所示，一种仓储小车调度系统，所述仓储小车调度系统包括调度中心和与调度中心通信并可被调度中心调度的多个仓储小车，应用于具有预设范围的仓储中心，所述仓储中心与物流配送中心连接，所述调度中心包括：
30.数据库单元，配置为进行任务下达及反馈；
31.所述数据库单元与仓储中心数据对接，同时与物流配送中心数据对接，所述数据库单元的任务信息来自物流配送中心，并向物流配送中心汇报任务执行结果。如图2所示，具体包括如下功能：
32.1、通过接入物流配送中心的系统，获取任务；
33.2、各数据库模块通过访问数据中心实现彼此间的信息交互；
34.3、存储运行过程中关键数据，如运行任务、路线、执行状态等。
35.在本实施例中，所述物流配送中心为医疗耗材配送中心，其需求如下：
[0036][0037]
冷藏周转箱位≥15000个，冷藏托盘地打位≥84个，骨科拆零货架拣选位≥71355个，介入类挂装货架存储拣选位≥10879个，普耗类托盘货架位≥7607个，设备类托盘货架位≥1800个，电商业务托盘货架位≥1400个，电商业务拆零隔板货架拣选位≥7776个。
[0038]
冷藏周转箱位≥200订单行/小时出库能力，冷藏托盘地打位≥50订单行/小时出库能力，骨科拆零货架拣选位≥720订单行/小时拣选能力，介入类挂装货架存储拣选位≥150订单行/小时拣选能力，普耗类托盘货架位≥230订单行/小时拣选能力，设备类托盘货架位≥45订单行/小时拣选能力，电商业务拆零隔板货架拣选位≥800订单行/小时。
[0039]
任务分配单元，配置为与仓储小车进行实时通信，选取仓储小车，并按照规定下达任务指令，使仓储小车按照一定的路线完成运输功能；
[0040]
所述任务分配单元配置为执行如下步骤：为待分配任务筛选所有可执行任务的仓储小车，并根据仓储小车运行状态及设定条件从中选出最优执行任务的仓储小车编号；指
定某台仓储小车执行某个或某类任务；将任务分解为多个小任务执行；远程暂停或取消任务。
[0041]
路径规划单元，配置为根据选中仓储小车所在的位置，以及目标站点位置，对仓储小车进行前进路线优化，并指导仓储小车按照规划的路线行驶；
[0042]
所述路径规划单元配置为执行如下步骤：从仓储小车任务列表获取任务运行起点与终点，根据地图搜索从起动到终点的任务路线，并发送给指定仓储小车；根据所有仓储小车的实时位置，根据任务运行时间最短优化最优路线；路线搜索可以指定通过某一个位置；将路线存储到仓储小车，根据任务发送对应路线编号给仓储小车。
[0043]
其中路径规划单元可采用如下算法实现：
[0044]
包括以下步骤：
[0045]
步骤s1：获取起点和终点信息以及动态环境信息；
[0046]
本实施例所述的动态环境下的自动导引运输车路径规划方法可以应用在例如码头货物运输、仓储物流运输等各个需要运输车的场景，在应用到不同场景时，通过场景布置的传感器、信号标等获得场景动态环境信息，同时获得每个运输车所在及运输车的任务信息，从而获得起点和终点信息。
[0047]
步骤s2：利用所述动态环境信息、起点和终点信息，通过栅格法进行动态环境建模，构建栅格环境地图，并引入时间参数对栅格环境地图进行描述；
[0048]
记环境地图e为一矩形，其左下角为坐标原点，x轴正方向向右，y轴正方向向上。x
max
为e的长，y
max
为e的宽。以w为步长将e切割成栅格。每一行栅格数为每一列栅格数为将e划分成n
x
×
ny栅格图，设任意栅格为ni＝(xi，yi)，(xi，yi)为ni所在的行列表示，其中1≤i≤n
x
×
ny，0≤xi＜n
x
，0≤yi＜ny，(xi，yi，i∈z)。栅格划分为自由栅格集m与障碍栅格集q。m集可以被规划，q集不允许被通过。现已知起始栅格(xs，ys)∈m，(s∈z)，目标栅格(xe，ye)∈m，(e∈z)，障碍物集q，需要找到一条由自由栅格组成的路径集p，其中起点为起始栅格，终点为目标栅格。
[0049]
对于已知动态环境，需要加入时间t来描述环境。整个环境e依旧使用3.1.1中的栅格划分来进行构造。环境e划分成n
x
×
ny栅格；任意栅格为ni；自由栅格集为m；障碍栅格集为q；起始栅格为(xs，ys)；目标栅格为(xe，ye)；路径集为p。现对其中三个量加入t方便描述：
[0050]
1)起始栅格：ns＝(xs，ys，ts)，s∈z，ts为规划起始时间。
[0051]
2)障碍栅格集：q中的每个元素qi要加入时间变量t来表示障碍物的移动。qi＝(xi，yi，ti)∈q，其中ti为障碍物qi位于(xi，yi)的时刻。
[0052]
3)路径集：p中的每个元素pi需要加入时间变量来表示规划物位于该位置的时间，方便检测是否与移动障碍物发生碰撞。pi＝(xi，yi，ti)∈m，其中ti为规划至(xi，yi)的时刻。路径集中的时间t是由的规划物移动速度v以及移动距离s计算得出。现为方便建模，假设规划物只能上下左右直线运动，且移动速度为匀速，不存在转弯，启动，停止等时间消耗。设单位时间为w/v，表示每移动一个栅格所耗费的时间。
[0053]
步骤s3：基于时间参数构建a*算法；
[0054]
静态环境下的a*算法为f(n)＝g(n)+h(n)；现基于时间参数构建a*算法，需要启发式函数f(n)做出更改，具体如下：
[0055]
构建由起始栅格(xs，ys)经ni号栅格到达目标栅格(xe，ye)的代价函数值f(ni)，公式如下：
[0056]
f(ni)＝g(ni)+ah(ni)+βd(ni，k，l)
[0057]
ni是坐标(xi，yi)的当前栅格，到达时间为t，g(ni)是由起始(xs，ys)栅格到ni号栅格的实际代价值，h(ni)是由ni号栅格到目标栅格(xe，ye)的估计代价值；值α，β为权重系数，用来控制h(ni)与d(ni，k，l)的占比；d(ni，k，l)表示从当前栅格ni到目标栅格(xe，ye)的方向的小范围路段的繁忙程度函数，用该路段在未来k个单位时间内通过距离范围的障碍物数来刻画，k，l∈z，0≤l≤min(n
x
，ny)。
[0058]
d(ni，k，l)表示从当前栅格ni到目标栅格(xe，ye)的方向的小范围路段的繁忙程度函数，用该路段在未来k个单位时间内通过l距离范围的障碍物数来刻画，k，l∈z，0≤l≤min(n
x
，ny)。具体计算如下：
[0059][0060]
t
interval
＝|a-xi|+|b-yi|
[0061]
其中，t
interval
表示从(xi，yi)移动到(a，b)所需的时间；γ∈[0，1]为折扣因子，表示随着t
interval
的增加，繁忙程度越不精确；z(a，b)表示在[t+t
interval，
t+t
interva
l+k]时间段内达到(a，b)的障碍物个数。
[0062]
对于d(ni，k，l)来说，k决定了探索的时间范围，l决定了探索的空间范围，k，l的数值越大，搜索的范围越大，则搜索效率越低。
[0063]
以下对繁忙程度函数进行举例说明。
[0064]
假设到达ni的时刻为t，k＝2，l＝2，目标栅格(xe，ye)在ni的右上方，如图2所示，该图中的
[0065]
d(ni，2，2)＝z(xi，yi)+z(xi+1，yi)
×
γ+z(xi+1，y
i+1
+1)
×
γ2+z(xi，yi+1)
×
γ其中，z(xi，yi)表示在[t，t+2]时段内到达栅格(xi，yi)的障碍物数量，z(xi+1，yi)表示在[t+1，t+3]时段内到达栅格(xi+1，yi)的障碍物数量，z(xi+1，yi+1+1)表示在[t+2，t+4]时段内到达栅格(xi+1，y
i+1
+1)的障碍物数量，z(xi，yi+1)表示在[t+1，t+3]时段内到达栅格(xi，yi+1)的障碍物数量。
[0066]
步骤s4：根据基于时间参数的a*算法得到最优路径作为规划路径输出给自动导引运输车。
[0067]
本实施例所述的基于时间参数的a*算法与常规a*算法步骤基本一致，在起始化阶段加入t＝ts来记录搜索的当前栅格ni的时间，从而根据与障碍物时间信息的对比来计算d(ni，k，l)。并且基于时间参数的a*算法去除了a*算法中对于障碍物的判断，因为在二维栅格图中表示的障碍物依旧可以通过，只要通过的时间与该障碍物所处的时间不一致即可。
[0068]
交通管制单元，配置为根据任务目标的分解分析和设定，通过预先设计的运行逻辑对多台仓储进行统一调配，如图3所示；
[0069]
所述交通管制单元被配置为执行如下步骤：设定线路优先级，级别低避让级别高；设定先来后到规则，先进入监控点仓储小车先行，后进入监控点仓储小车等待；主动识别分
析仓储小车运行任务及路径，分析重叠区域范围，如有重叠，提前监控重叠区域内所涉及的交叉线路和监控点，提前进入监控程序并且管理相关功能点，并实时对冲突线路进行监控标记；使仓储小车在避让等待处停止等待，仓储小车内部系统应按照一定频率连接调度系统查询线路动态，查询先行仓储小车的运行状态，判断是否可以通行；在特殊设定情况下执行最高等级运行模式，调度系统在交通管制中插入避让功能点，确保优先级最高的仓储小车顺利通行。
[0070]
通信单元，配置为连接调度中心与仓储小车的通信；
[0071]
所述通信单元为无线通信模块，主要负责仓储小车与调度中心进行信息交互，调度中心与仓储小车构成了应用两端，调度中心通过无线通信模块向仓储小车发出任务指令，指挥仓储小车进行避让、行驶、停止、工作相关动作，同时调度中心也可以通过无线通信模块接收仓储小车发出的运行信息。无线ap使用多频点进行跳频或者ap直序扩频的数字通讯来与调度系统的上位机进行实时数据通讯，有效提高调度系统与下位机通讯的可靠性。统一仓储小车的通信接口来协调，支持plc、plc+单片机作为控制器，带plc以太网通信模块的仓储小车车型；选择以armcortex-m3为内核的32位微控制器芯片stm32f103rbt6作为物流小车的主控模块，该芯片容量较大，具有128kflash和20kram，且工作频率可达72mhz，在数据处理方面具有极强的运算能力，可进行单周期乘法运算和硬件除法运算。结合目前市场上的应用状况，无线通讯的主要方式有：无线局域网(wi-fi)、超宽带(uwb)、蓝牙(bluetooth)、红外线数据通讯(irda)以及zigbee等。通过综合考虑本文选择zigbee模块作为无线通讯系统的通讯模块，并使用chipcon公司生产的cc2530芯片进行设计。
[0072]
监控与操作单元，配置为用于对仓储小车运行状态及任务信息等进行监控，以图形化的界面显示其行进路线与位置信息；实时显示仓储小车运行路线、方向位置及运行状态；仓储小车的速度、电量、报警、模式、参数信息监控。
[0073]
日志单元，配置为负责仓储小车运行状态、异常报警、任务执行记录。所述日志单元配置为执行如下步骤：从数据库单元导出仓储小车运行数据，通过算法对仓储小车系统的运行效率进行分析；从数据库单元导出仓储小车运行故障数据，对仓储小车问题进行定位解决。
[0074]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。